JP2016072061A

JP2016072061A - 点灯装置および標識灯

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Publication number: JP2016072061A
Application number: JP2014199691A
Authority: JP
Inventors: 俊也鈴木; Toshiya Suzuki
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-05-09

Abstract

【課題】交流定電流電源の出力に対して安定的に電流を出力可能な点灯装置およびこの点灯装置を具備する標識灯を提供する。【解決手段】点灯装置１は、交流定電流電源４の出力を入力して整流する整流回路１３、整流回路１３の整流電圧を所定電圧に調整する電圧調整回路１４および電圧調整回路１４からの出力を制御して半導体発光素子３に出力する点灯制御回路１８を有して形成される点灯回路７と、交流定電流電源４の出力から出力状態を検出する電流検出回路９と、電流検出回路９が検出した出力状態に応じた調光レベルが下限値に近づいたときに所定電圧レベルよりも高くなるように電圧調整回路１４を制御するとともに、半導体発光素子３が交流定電流電源４の出力状態に応じた調光レベルで点灯するように点灯制御回路１８を制御する制御回路１０と、を具備している。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、交流電源の出力電流に応じて光源を調光制御する点灯装置およびこの点灯装置を備える標識灯に関する。

例えば、航空標識灯は、その複数個が交流定電流電源の出力端に直列接続されて付勢されている。また、航空標識灯は、周囲の明るさが変化しても標識の見え方を良好に維持するために、周囲の明るさに応じて交流定電流電源の出力電流を切り換えることによって所定の調光レベルで作動するように制御されている。すなわち、交流定電流電源側から位相制御された出力電流が出力されている。その出力電流に応じて、光源の調光レベルは、例えば、１００％、２５％、５％、１％および０．２％の５段階に制御されている。

また、航空標識灯は、光源として白熱電球からＬＥＤへの切り替えが進んでいる。ＬＥＤ式標識灯は、省電力になるとともに長寿命となるので、メンテナンス費用を大幅に削減することができる。また、ＬＥＤの種類に応じて各種の色光が得られるので、色フィルターなどを不要にできるなどの利点を有している。

しかしながら、ＬＥＤの電流に対する光出力特性は、電球とは大きく異なっている。すなわち、電球は、光出力が電流に対して指数関数的に変化するのに対し、ＬＥＤは、光出力が電流に対して直線的に変化する（例えば特許文献１参照。）。このため、ＬＥＤ式標識灯は、ＬＥＤを点灯制御する点灯装置を設けている。

点灯装置は、ＬＥＤの低消費電力により、電球よりも低電流を入力している。すなわち、点灯装置は、交流定電流電源の出力電流を電流トランスにより低減して入力し、一定電圧の電源にしている。そして、当該一定電圧を制御して、ＬＥＤに調光レベルに応じた電流を供給している。また、点灯装置は、交流定電流電源の出力電流に応じてＬＥＤに供給する電流を制御し、出力電流に応じた調光レベルとなるように制御している。

特開２００８−１８１７８１号公報（第２−３頁、第２図）

点灯装置は、ＬＥＤが全光から減光へ調光されるに従い、出力電流の導通角が大きくなって電流値が減少する出力電流が交流定電流電源側から入力される。これにより、ＬＥＤの調光レベルの低くなる出力電流の導通角の下限値近傍では、入力電流が減少して電源容量が低下し、ＬＥＤ側に供給する電流が不安定になり、ＬＥＤの出力低下や点滅などが発生することがある。特に、ＬＥＤの調光レベルが低レベルになるほど、前記現象が発生しやすいという問題がある。

本発明の実施形態は、交流定電流電源の出力に対して安定的に電流を出力可能な点灯装置およびこの点灯装置を具備する標識灯を提供することを目的とする。

本実施形態の点灯装置は、点灯回路、電流検出回路および制御回路を有して構成される。

点灯回路は、整流回路、電圧調整回路および点灯制御回路を有して形成される。整流回路は、交流定電流電源の出力を入力して整流する。電圧調整回路は、整流回路が整流した整流電圧を所定電圧に調整する。点灯制御回路は、電圧調整回路からの出力を制御して半導体発光素子に出力する。

電流検出回路は、交流定電流電源の出力から出力状態を検出する。そして、制御回路は、電流検出回路が検出した交流定電流電源の出力状態に応じた調光レベルが下限値に近づいたときに所定電圧レベルよりも高くなるように電圧調整回路を制御する。また、制御回路は、半導体発光素子が交流定電流電源の出力状態に応じた調光レベルで点灯するように点灯制御回路を制御する。

本実施形態の点灯装置によれば、交流定電流電源の出力状態に応じた調光レベルが下限値に近づいたときに電圧調整回路からの出力が所定電圧レベルよりも高くなるように制御されるので、電圧調整回路から点灯制御回路に安定した電源が供給され、これにより、半導体発光素子が交流定電流電源の出力状態に応じた調光レベルで安定して点灯できることが期待できる。

本発明の実施形態を示す点灯装置の概略回路図である。同上、交流定電流電源の出力電流に対する電圧調整回路の出力を示す説明図である。同上、交流定電流電源の出力電流を示し、（ａ）は正弦波波形図、（ｂ）は位相波形図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１において、本実施形態の点灯装置１は、例えば、飛行場の誘導路等に設置される灯体２に配設された半導体発光素子としてのＬＥＤ３を点灯制御するものであり、交流定電流電源４から出力された定電流化された出力電流に応じてＬＥＤ３の調光レベルを可変する。交流定電流電源４は、ＬＥＤ３の調光レベルに応じた電流、例えば６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．８Ａを出力する。６．６Ａの出力電流は、本実施形態では正弦波波形の電流であり、ＬＥＤ３を全光（１００％）点灯させるときの出力電流である。また、２．８Ａの出力電流は、下限値の出力電流であり、ＬＥＤ３を下限値の調光レベルで点灯させるときの出力電流である。５．１Ａ以下の出力電流は、正弦波波形の出力電流６．６Ａを位相制御して形成され、その導通角が大きくなるに従い減少している。

交流定電流電源４の出力端には、直列的に接続された複数個のゴム被覆絶縁変圧器５（図１中、１個のみを示す。）が接続されている。ゴム被覆絶縁変圧器５の二次巻線には、カレントトランス６の一次巻線が接続されている。点灯装置１は、カレントトランス６、点灯回路７、制御電源回路８、電流検出回路９および制御回路１０を有して形成されている。

カレントトランス６は、その一次巻線がゴム被覆絶縁変圧器５の二次巻線に接続されている。カレントトランス６は、交流定電流電源４から出力された出力電流を例えば１／１０に減流して点灯回路７に供給する。カレントトランス６の二次巻線には、点灯回路７、カレントトランス１１の一次巻線およびカレントトランス１２の一次巻線が直列的に接続されている。点灯回路７、カレントトランス１１およびカレントトランス１２には、カレントトランス６により減流された交流定電流電源４の出力電流が流れる。

点灯回路７は、整流回路１３、電圧調整回路１４、平滑回路１５、放電回路１６、主電圧検出回路１７、点灯制御回路１８および点灯電流検出回路１９を有して形成されている。点灯回路７の出力端間にＬＥＤ３が接続されている。本実施形態では、ＬＥＤ３は、複数個からなり、直列接続されている。ＬＥＤ３は、所定の色光を放射する。

整流回路１３は、点灯回路７に入力する交流定電流電源４の出力である出力電流（出力電圧）を整流する。電圧調整回路１４は、電界効果トランジスタなどのスイッチ素子を備えている。そして、スイッチ素子のスイッチング動作により、整流回路１３の出力端間を短絡（バイパス）、開放させることにより、整流回路１３により整流された整流電圧を所定電圧（一定電圧）に調整している。スイッチ素子は、制御回路１０により制御される。

平滑回路１５は、例えば平滑用コンデンサからなり、電圧調整回路１４により調整された所定電圧により充電されている。平滑回路１５の両端には、平滑された所定電圧が発生し、この電圧がＬＥＤ３の供給される電源となっている。放電回路１６は、ＬＥＤ３の消灯時、平滑回路１５の両端間に発生している所定電圧を放電させる。主電圧検出回路１７は、平滑回路１５の両端間の所定電圧の電圧値（所定電圧レベル）を検出し、検出した電圧値を制御回路１０に入力する。

点灯制御回路１８は、例えばスイッチ素子を備え、このスイッチ素子が制御回路１０によってＰＷＭ制御されることにより、ＬＥＤ３が所定の調光レベルとなるようにＬＥＤ３に流れる電流を調整する。すなわち、点灯制御回路１８は、電圧調整回路１４からの出力をＰＷＭ制御してＬＥＤ３に出力する。なお、本実施形態では、平滑回路１５の両端に発生する所定電圧に対して、この所定電圧よりも低い一定の電圧をＰＷＭ制御するように形成している。点灯電流検出回路１９は、ＬＥＤ３に流れる電流を検出して制御回路１０に入力する。

そして、制御電源回路８は、制御回路１０に制御電源を供給するものであり、カレントトランス１１、整流回路２０、負荷調整回路２１、平滑回路２２および制御電圧回路２３を有して形成されている。カレントトランス１１の一次巻線に流れる交流定電流電源４の出力電流は、カレントトランス１１の二次巻線を介して整流回路２０に入力され、整流回路２０で整流され、負荷調整回路２１で電圧を一定に調整されて平滑回路２２で平滑される。平滑回路２２で平滑された制御電圧は、制御電圧回路２３で所定の制御電圧例えばＤＣ１２ＶやＤＣ５Ｖに変換されて制御回路１０に供給される。

電流調整回路９は、カレントトランス１２の二次巻線に接続され、カレントトランス１２の一次巻線に流れる電流を検出している。すなわち、電流検出回路９は、点灯回路７に入力する交流定電圧電源４の出力電流（出力状態）を検出する。そして、検出した出力電流（出力状態）を制御回路１０に入力している。

制御回路１０は、マイコン（ＣＰＵ）を有して形成されている。制御回路１０は、ＬＥＤ３が交流定電流電源４の出力電流（出力状態）に応じた調光レベルで点灯するように、点灯制御回路１８を制御する制御機能と、電流検出回路９が検出した出力電流（出力状態）に応じた所定電圧レベルとなるように電圧調整回路１４を制御する制御機能を有している。

こうして、点灯装置１が構成され、ＬＥＤ３を配設している灯体２と、点灯装置１とにより、本実施形態の標識灯２４が構成されている。

次に、本実施形態の作用について述べる。

点灯装置１は、交流定電流電源４の出力電流を入力すると、制御電源回路８により制御電源が付成されて、制御回路１０が動作する。制御回路１０は、電流検出回路９から交流定電流電源４の出力電流を入力する。そして、制御回路１０は、点灯回路７の電圧調整回路１４を制御して平滑回路１５の両端間に所定電圧を発生させる。この所定電圧は、点灯制御回路１８に供給される。

制御回路１０は、電流検出回路９から入力した交流定電流電源４の出力電流に応じて、点灯制御回路１８をＰＷＭ制御する。これにより、ＬＥＤ３に交流定電流電源４の出力電流に応じた電流が流れ、ＬＥＤ３は、交流定電流電源４の出力電流に応じた調光レベルで点灯する。すなわち、交流定電流電源４の出力電流が６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．８Ａであると、ＬＥＤ３を例えば１００％、２５％、５％、１％、０．２％の調光レベルで点灯させる。ＬＥＤ３は、点灯により調光レベルに応じた光量で所定の色光を放射し、この色光は、灯体２から所定の方向の外部空間に出射される。

そして、制御回路１０は、点灯電流検出回路１９が検出するＬＥＤ３に流れる電流に応じて点灯制御回路１８をＰＷＭ制御し、ＬＥＤ３に調光レベルに応じた一定の電流が流れるように制御する。また、主電圧検出回路１７が検出する電圧が交流定電流電源４の出力電流に応じた所定電圧レベルとなるように電圧調整回路１４を制御する。

そして、ＬＥＤ３の調光レベルは、交流定電流電源４から位相制御された出力電流が切換出力されることにより可変される。交流定電流電源４は、正弦波波形の交流電流を位相制御して、例えば、２．８Ａ、３．４Ａ、４．１Ａ、５．２Ａ、６．６Ａの出力電流を出力する。すなわち、交流定電流電源４は、図３（ａ）に示すように、最大の出力電流６．６Ａを正弦波波形で出力する。そして、出力電流の切り換えは、図３（ｂ）に示すように、正弦波交流電流を位相制御して出力している。以下、正弦波波形の零クロス時点から電流が立ち上がるまでの時間を導通角、立ち上がり時点から零クロス時点までの時間を導通期間と称する。

制御回路１０は、交流定電流電源４の出力電流に応じて、点灯制御回路１８をＰＷＭ制御してＬＥＤ３を調光点灯させる。例えば、航空標識灯においては、出力電流６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．６Ａに対して、ＬＥＤ３を１００％、２５％、５％、１％、０．２％の調光レベルで点灯させる。ここで、０．２％の調光レベルは、ＬＥＤ３の調光レベルの下限値となっている。そして、点灯回路７は、出力電流の導通角が大きくなり入力する出力電流が減少するに従い、すなわちＬＥＤ３の調光レベルが下限値（０．２％）に近づくに従い、平滑回路１５の平滑用コンデンサに蓄積される電荷の容量が小さくなっていく。

ここで、制御回路１０は、出力電流がその導通角の下限値（例えば１７０°）に近づくにつれ、電圧調整回路１４によりバイパスする期間を短くして、電圧調整回路１４の出力を所定電圧レベルよりも高くなるように制御する。この所定電圧レベルを高くする制御は、出力電流が減少するに従い、すなわち出力電流の導通角が大きくなり導通期間が短くなるに従い、図２に示すように、曲線Ａ１のように行ってもよく、導通角が例えば１２０°の時点から例えば曲線Ｂ１に示すように高くするようにしてもよい。この所定電圧レベルを高くする制御は、点灯制御回路１８がＰＷＭ制御する一定電圧を維持できるまで行われる。

電圧調整回路１４での所定電圧レベルを高くする制御により、ＬＥＤ３側が電圧調整回路１４側よりも軽負荷となり、電圧調整回路１４から出力する所定電圧が点灯制御回路１８に安定して供給される。特に、ＬＥＤ３の調光レベルが下限値（０．２％）に近づくほど、電圧調整回路１４の出力が点灯制御回路１８に平滑回路１５を介さずに直接的に供給される。これにより、ＬＥＤ３は、低レベルの調光レベルで点灯されるものであっても、安定して点灯し、出力低下、ちらつきや点滅等が生じにくくなる。

本実施形態の点灯装置１によれば、交流定電流電源４の出力状態に応じた調光レベルが下限値に近づいたときに電圧調整回路１４からの出力が所定電圧レベルよりも高くなるように制御されるので、電圧調整回路１４から点灯制御回路１８に安定した電源が供給され、これにより、ＬＥＤ３が交流定電流電源４の出力状態に応じた調光レベルで安定して点灯できるという効果を有する。

また、点灯制御回路１８は、電圧調整回路１４からの出力をＰＷＭ制御してＬＥＤ３に出力するので、ＬＥＤ３が低レベルの調光レベルで点灯される場合であっても、ＬＥＤ３を安定して点灯できるという効果を有する。

そして、標識灯２４は、ＬＥＤ３に供給される電源の出力が安定するの
で、ＬＥＤ３から調光レベルに応じた安定した放射光を放射できるという効果を有する。

なお、本実施形態において、半導体発光素子としてＬＥＤを用いたが、有機ＥＬ素子を用いてもよい。

また、上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…点灯装置、２…灯体、３…半導体発光素子としてのＬＥＤ、７…点灯回路、９…電流検出回路、１０…制御回路、１３…整流回路、１４…電圧調整回路、１８…点灯制御回路、２４…標識灯

Claims

交流定電流電源の出力を入力して整流する整流回路、この整流回路の整流電圧を所定電圧に調整する電圧調整回路およびこの電圧調整回路からの出力を制御して半導体発光素子に出力する点灯制御回路を有して形成される点灯回路と；交流定電流電源の前記出力から出力状態を検出する電流検出回路と；この電流検出回路が検出した出力状態に応じた調光レベルが下限値に近づいたときに前記所定電圧レベルよりも高くなるように前記電圧調整回路を制御するとともに、前記半導体発光素子が交流定電流電源の出力状態に応じた調光レベルで点灯するように前記点灯制御回路を制御する制御回路と；を具備していることを特徴とする点灯装置。
前記点灯制御回路は、前記電圧調整回路からの出力をＰＷＭ制御して前記半導体発光素子を調光することを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
請求項１または２記載の点灯装置と；この点灯装置により点灯制御される半導体発光素子と；少なくとも前記半導体発光素子を配設している灯体と；を具備していることを特徴とする標識灯。